机电系统创新设计理论与方法的若干关键问题研究

All existing research on innovative design is limited in certain areas and disciplines, mainly focusing on designed technical systems (‘things’); but ignoring the dominant position of designers (‘humans’). These studies failed to explore design nature, design process, design method and the organization and application of design resource, from the combination of ‘things’ and ‘humans’. This project is targeted at the common and key scientific problems in the electromechanical system innovative design from the prospective of ‘human-thing-human’. Considering the thinking processes and operation patterns of designers , based on multi-disciplinary integration and multi-view cognition, and combining with cognitive science, neuroscience, behavioristics, artificial intelligence and design theory etc, the project will first study the cognitive process of designers, and establish thinking modes and visualization processes in line with the cognitive process of designers; next, combining the integration of human-based cognitive approach and technical-system-based design philosophy, the project will establish a triple helical structured innovative design process model for the electromechanical system , and develop innovation-solving strategies and a series of methods which can cover the whole innovative design process ; finally from the perspective of knowledge transfer, the project will study the structural expression of knowledge innovative properties, establish a multi-granularity knowledge genealogy, and develop a multi-knowledge platform for the innovative design of electromechanical system. All above works will provide scientific guidelines and methodological supports for designers to develop new electromechanical products with high efficiency and high quality.

目前的创新设计研究通常局限在一定的领域和学科之内，将注意力较多地集中于被设计的技术系统“物”上，往往忽略了设计者“人”的主体地位，较少从“人”与“物”相结合的角度探索设计本质、设计过程、设计方法和设计资源的组织与应用。本项目拟从“人-物-人”的角度出发，针对机电系统创新设计中的共性关键科学问题，考虑设计者本身的思维流程和操作方式，以多学科的交叉和多视角的认知，结合认知科学、神经科学、行为学、人工智能、设计理论等，研究设计者的设计认知过程，构建符合设计者认知过程的创新设计思维模型和可视化流程；融合以人为主体的认知方法和以技术系统为主体的设计理论，建立三螺旋结构的创新设计过程模型，以及策略化创新求解和覆盖整个创新设计过程的系列方法；基于知识迁移角度开展知识抽象粒度划分、表达与创新属性知识的组织研究，开发多知识融合的机电系统创新设计平台。为机电系统设计者开展新产品开发提供科学指导和方法支撑。

目前的创新设计研究通常局限在一定的领域和学科之内，将注意力较多地集中于被设计的技术系统“物”上，往往忽略了设计者“人”的主体地位，较少从“人”与“物”相结合的角度探索创新设计本质、设计过程、设计方法和设计资源的组织与应用。本项目针对机电系统创新设计中的关键科学问题，结合认知科学、人工智能、设计理论等，研究了设计者的设计认知过程和设计思维规律，建立了符合设计者认知过程的创新设计思维模型，构建了创新设计三螺旋协同进化理论和模型；研究了融合以人为主体的认知方法和以技术系统为主体的设计理论，建立了基于三螺旋结构的创新设计过程模型、内在动力机制和演进规律。研究了包括问题空间、知识空间与方案空间的构成形式及表达关系；研究了支持创新设计的知识组织与表达类型和形式，建立了利于知识迁移的知识粒度划分、结构化表达与创新属性知识组织方法；构建了支持机电系统创新设计的各类知识库，开发了多知识融合的机电系统创新设计系统和服务平台；将研究成果在多家企业开展了系统化应用。截止2019年底，依托本项目发表学术论文66篇，其中SCI论文40篇，EI论文19篇，核心论文7篇；授权发明专利37项，其中美国专利4项，中国发明专利33项；登记软件著作权12项；培养毕业博士、硕士研究生28名。项目研究成果可为我国机电系统创新设计提供科学指导和方法支撑。